(57)【要約】【課題】  全長が短い駆動装置を提供し、好ましくは、移動体のストロークとほぼ同程度まで短い駆動装置を提供する。【解決手段】  駆動装置１は、中空または半中空であり軸方向の一端が開放され内部空間を軸方向に遮蔽する壁部３を有する駆動軸２と、壁部３に一端が固着され駆動軸２に全体が内包される電気機械変換素子４と、電気機械変換素子４の他端に固着され少なくとも一部分が駆動軸２に内包される固定体５と、駆動軸２の外側に摩擦係合する移動体６とからなり、電気機械変換素子４の両電極８への配線は、壁部３または固定体５を貫通する。【選択図】図１
2006141171.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
中空または半中空であり、軸方向の一端が開放され、内部空間を軸方向に遮蔽する壁部を有する駆動軸と、
前記壁部に一端が固着され、前記駆動軸に全体が内包される電気機械変換素子と、
前記電気機械変換素子の他端に固着され、少なくとも一部分が前記駆動軸に内包される固定体と、
前記駆動軸の外側に摩擦係合する移動体とからなり、
前記電気機械変換素子の両電極への配線は、前記壁部または前記固定体を貫通することを特徴とする駆動装置。
【請求項２】
前記固定体は、少なくとも一部分が導体からなり、
前記固定体の導体は、前記電気機械変換素子の少なくとも１方の電極への配線の一部を構成することを特徴とする請求項１に記載の駆動装置。
【請求項３】
前記電気機械変換素子の両電極への配線は、ともに前記固定体を貫通することを特徴とする請求項１または２に記載の駆動装置。
【請求項４】
前記固定体は、互いに絶縁された２つの導体からなり、
前記２つの導体は、前記電気機械変換素子の両電極への配線の一部をそれぞれ構成することを特徴とする請求項３に記載の駆動装置。
【請求項５】
前記壁部は、少なくとも一部分が導体からなり、
前記壁部の導体は、前記電気機械変換素子の少なくとも１方の電極への配線の一部を構成することを特徴とする請求項１または２に記載の駆動装置。
【請求項６】
前記電気機械変換素子の両電極への配線は、ともに前記壁部を貫通することを特徴とする請求項１または５に記載の駆動装置。
【請求項７】
前記固定体は、前記電気機械変換素子の１方の電極への配線の一部を構成する導体からなり、
前記壁部は、前記電気機械変換素子の他方の電極への配線の一部を構成する導体からなることを特徴とする請求項１に記載の駆動装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は電気機械変換素子を使用する駆動装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の電気機械変換素子を使用する駆動装置は、錘または筐体のように容易に移動しない固定体と、前記固定体に一端を固着した電気機械変換素子と、前記電気機械変換素子の他端に固着した駆動軸と、前記駆動軸に摩擦係合する移動体とからなる。そのような従来の駆動装置では、前記電気機械変換素子の両電極間に変動電圧を印加して、前記電気機械変換素子の緩慢な伸長と急峻な収縮、或いは、急峻な伸長と緩慢な収縮を繰り返させ、前記駆動軸を方向によって速度（加速度）が異なる振動をさせ、前記駆動軸の急峻な移動により前記移動体を前記駆動軸上で滑らせ、前記駆動軸の緩慢な移動により前記移動体を前記駆動軸と共に移動させることを繰り返して、前記移動体を前記駆動軸上で連続的に移動させる。
【０００３】
従来の駆動装置は、駆動軸の一端に電気機械変換素子を固定するため、電気機械変換素子の長さが駆動装置全体の長さの増大に直結し、小型化の阻害要因になっている。この問題を解決するために、特許文献１には、中空の駆動軸の内部に、電気機械変換素子を配置することで、電気機械変換素子の長さが駆動装置全体の長さに直結しないようにした駆動装置が記載されている。
【特許文献１】特開平４−３６８４６４号公報
【０００４】
図１５に、特許文献１に記載された公知の駆動装置２１を示す。駆動装置２１は、中空の駆動軸２２の一端の壁部２３に電気機械変換素子２４が固着され、電気機械変換素子２４の他端に固定体２５が固着され、駆動軸２２の外側に移動体２６が摩擦係合している。電気機械変換素子２４と駆動軸２２の壁部２３および固定体２５とは、それぞれ非導電性接着剤２７で固着されている。
【０００５】
前記駆動装置２１では、樹脂の薄膜上に金属配線パターンを設けたフレキシブル基板２９が電気機械変換素子２４の２つの電極２８に導電性接着剤３０で接続されて駆動電圧が供給されるようになっている。この配線ために、駆動装置２１は、駆動軸２２の一端から電気機械変換素子２４を露出させる必要があり、さらに、露出した電気機械変換素子２４の端部に、固定体２５が設けられる必要がある。このため、公知の駆動装置２１は、依然として、移動体２６のストロークに比べてその全長を十分に短くすることができない。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上記問題点に鑑みて、本発明は、全長が短い駆動装置を提供し、好ましくは、移動体のストロークとほぼ同程度まで短い駆動装置を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
前記課題を解決するために、本発明による駆動装置は、中空または半中空であり、軸方向の一端が開放され、内部空間を軸方向に遮蔽する壁部を有する駆動軸と、前記壁部に一端が固着され、前記駆動軸に全体が内包される電気機械変換素子と、前記電気機械変換素子の他端に固着され、少なくとも一部分が前記駆動軸に内包される固定体と、前記駆動軸の外側に摩擦係合する移動体とからなり、前記電気機械変換素子の両電極への配線は、前記壁部または前記固定体を貫通するものとする。ここで、半中空とは、例えば前記壁部が前記駆動軸の軸方向の長さの過半の厚みを有する場合のように前記駆動軸の内部空間の内容積が小さい場合や、例えば駆動軸の軸直角方向の断面がコの字型をしている場合のように内部空間と外部との境界が曖昧な状態を指している。
【０００８】
この構成によれば、電気機械変換素子の電極への配線が、駆動軸の壁部または前記固定体を軸方向に貫通するので、電気機械変換素子の電極に駆動軸に直角な方向から配線する必要がなく、電気機械変換素子の全体を駆動軸で覆うことができる。このため、駆動軸から電気機械変換素子が突出せず、駆動装置の全長を短くできる。
【０００９】
また、本発明の駆動装置において、前記固定体は、少なくとも一部分が導体からなり、前記固定体の導体は、前記電気機械変換素子の少なくとも１方の電極への配線の一部を構成してもよい。
【００１０】
この構成によれば、固定体に貫通孔を設けることなく、固定体を貫通する配線を設けることができる。尚、固定体の全体または外周部が導体であっても、電流が固定体を貫通して流れることから、配線が固定体を貫通していると理解されなければならない。
【００１１】
また、本発明の駆動装置において、前記電気機械変換素子の両電極への配線は、ともに前記固定体を貫通してもよい。
【００１２】
この構成によれば、電気機械変換素子の伸縮により移動しない端部に配線されるので、配線に高い可撓性が供給されない。このため、電気機械変換素子の両電極への配線が容易である。
【００１３】
また、本発明の駆動装置において、前記固定体は、互いに絶縁された２つの導体からなり、前記２つの導体は、前記電気機械変換素子の両電極への配線の一部をそれぞれ構成してもよい。
【００１４】
この構成によれば、絶縁体を２つの導体で挟み込む簡単な構造で電気機械変換素子の両電極への配線ができ、配線のために精度を要する微細加工が必要ない。
【００１５】
また、本発明の駆動装置において、前記壁部は、少なくとも一部分が導体からなり、前記壁部の導体は、前記電気機械変換素子の少なくとも１方の電極への配線の一部を構成してもよい。
【００１６】
この構成によれば、駆動軸の壁部に貫通孔を設ける必要がなく、壁部を貫通する配線を設けることができる。尚、壁部の全体または外周部が導体であっても、電流が壁部を貫通して流れることから、配線が壁部を貫通していると理解されなければならない。
【００１７】
また、本発明の駆動装置において、前記電気機械変換素子の両電極への配線は、ともに前記壁部を貫通してもよい。
【００１８】
この構成によれば、固定体を外部構造体に固定しても、駆動軸と外部構造体との間に配線が必要ないので、固定体の端面が駆動軸から突出する必要がない。このため、固定体をほぼ駆動軸に内包させることも可能であり、移動体が外部構造体にほぼ当接するような可動範囲を得ることもできる。
【００１９】
また、本発明の駆動装置において、前記固定体は、前記電気機械変換素子の１方の電極への配線の一部を構成する導体からなり、前記壁部は、前記電気機械変換素子の他方の電極への配線の一部を構成する導体からなってもよい。
【００２０】
この構成によれば、固定体および壁部全体がそれぞれ簡単な形状の１つの導体であり、それぞれ簡単に製作することができ、全長の短い駆動装置を簡単に製造できる。
【発明の効果】
【００２１】
以上のように、本発明によれば、電気機械変換素子の電極への配線が、駆動軸の壁部または固定体を軸方向に貫通するので、移動体のストロークに比して全長の短い、最短では駆動軸とほぼ同じ長さの駆動装置が提供できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
これより、本発明の実施形態について、図面を参照しながら説明する。
図１は、本発明の第１実施形態の駆動装置１を示す。駆動装置１は、中空の円筒形で一端において内部空間を軸方向に遮蔽する壁部３が設けられた駆動軸２と、壁部３の内面に一端が固着され、駆動軸２に全体が内包される円筒形の電気機械変換素子４と、電気機械変換素子４の他端に固着されておよそ半分が駆動軸２に内包される円筒形の錘である固定体５と、駆動軸２の外面に摩擦係合する移動体６とからなっている。駆動軸２と壁部３、壁部３と電気機械変換素子４および電気機械変換素子４と固定体５とは、それぞれ、非導電性接着剤７で固着されている。また、電気機械変換素子４の円筒面には、２つの電極８が電気機械変換素子４の全長にわたって軸対称に設けられている。固定体５には、２つの軸方向の貫通孔５ａが設けられており、と貫通孔５ａは、それぞれ一端が固定体５の駆動軸２から露出している端面および円筒面に開口し、他端が駆動軸２に内包された端面に開口するしている。そして、２本の帯状のフレキシブル基板９が、それぞれの貫通孔５ａを貫通して電気機械変換素子４の電極８にそれぞれ延伸し、ハンダ１０によって接続されている。
【００２３】
また、本発明の駆動装置は、図２に示す第２実施形態のように、壁部３が駆動軸２と一体に成型されていてもよい。
【００２４】
図３に、図１および図２の駆動装置１の電気機械変換素子４および固定体５を駆動軸２から抜き出した様子を示す。電気機械変換素子４の円筒面の表面には、図示するように、軸対称、且つ、互いに接触しないように２つの電極が設けられている。また、貫通孔５ａを貫通するフレキシブル基板９は、樹脂フィルムの上に金属箔により、長さ方向に延伸する配線９ａと先端の開口の周りにランド部９ｂとが成型されている。フレキシブル基板９のランド部９ｂと電気機械変換素子４の電極８とがハンダで接着されており、このフレキシブル基板９を介して両電極８に駆動電圧が供給される。
【００２５】
続いて、以上の構成からなる図１および図２の駆動装置１の動作と特徴を説明する。
駆動装置１には、フレキシブル基板９を介して、電気機械変換素子４の両電極８間に変動電圧が印加される。すると、電器機械変換素子４は、印加された電圧にしたがって、長手方向に伸長または収縮する。この伸縮の速度（加速度）は、印加される電圧波形によって制御され、一方向に急峻に伸長または収縮し、他方向に緩慢に収縮または伸長する。固定体５は、他の構成要素に比べて質量が大きく、場合によっては、さらに外部構造体に固定されているのでほぼ移動せず、電気機械変換素子４の伸縮によって壁部３が移動させられるので駆動軸２が軸方向に移動する。駆動軸２が緩慢に移動する場合、移動体６は、駆動軸２に摩擦係合したまま駆動軸２と共に移動させられる。しかし、駆動軸２が急峻に移動すると、移動体６自身の慣性によってその場に留まろうとして駆動軸２の上を滑り移動する。駆動軸２の緩慢な移動と逆方向への急峻な移動とを繰り返すことで、移動体６は、駆動軸２の上を連続的に移動する。
【００２６】
駆動装置１は、電気機械変換素子４の両電極８への配線であるフレキシブル基板９が固定体５を駆動軸２の軸方向に貫通しているので、電気機械変換素子４が駆動軸２の中に完全に包含されていても、駆動電圧を供給するための配線が、駆動軸２と干渉することがない。さらに、固定体５は外径が駆動軸２の内径より小さく、一端が駆動軸２に内包されている。このため、駆動装置１は、壁部と反対側の駆動軸２の端部から固定体５が僅かに突出するに留まり、駆動軸２の長さで定まる移動体６の可動範囲に比べて全長が短い。
【００２７】
さらに、図４に本発明の第３実施形態の駆動装置１を示す。この駆動装置１は、上述の実施形態と異なり、電気機械変換素子４への配線が、駆動軸２の壁部３に設けた貫通孔３ａを貫通している。この実施形態において、壁部３を貫通する配線は、フレキシブル基板９に比べて剛性の高い金属線１１が用いられている。これは、壁部３は、固定体５と異なり、軸方向に往復移動を繰り返すため、フレキシブル基板９上の薄い金属配線が、貫通孔３ａとの間に摩擦によって断線する危険を排除するためである。また、金属線１１は、壁部３を軸方向に貫通してから駆動軸の外部でフレキシブル基板９にハンダ１０で接続されることで、電気機械変換素子４の両電極８に駆動電圧を供給できるようになっている。フレキシブル基板９は駆動軸２の軸方向と直角方向に十分な長さを有し、金属線１１の軸方向の振動を吸収できるようになっている。
【００２８】
この実施形態の駆動装置１も、第１および第２実施形態と同様に全長が短い。さらに、図５に示す第４実施形態のように、図４の壁部３が駆動軸と一体に形成されていてもよく、図６に示す第５実施形態のように、電気機械変換素子４の一方の電極８への配線が固定体５の貫通孔５ａを貫通し、電気機械変換素子４のもう一方の電極８への配線が壁部３の貫通孔３ａを貫通してもよい。
【００２９】
さらに、本発明の第６実施形態の駆動装置１を図７に示す。本実施形態の駆動装置１の固定体５は、２つのタングステンからなる導体１２と該導体１２で挟み込まれた絶縁体１３とからなり、導体１２は絶縁体１３によって互いに絶縁されている。固定体５の駆動軸２に内包されている端面に電気機械変換素子４が非導電性接着剤７で固着されており、固定体５を構成する導体１２の端面と電気機械変換素子４の電極８とが非導電性接着剤７のはみ出した部分をまたぐようにハンダで接続されている。固定体５の導体１２の駆動軸２から露出している端面の外周部にはそれぞれ凹部１２ａが設けられ、それぞれの凹部１２ａにフレキシブル基板９がハンダ１０で接続されている。その他の構造は、図１の駆動装置１と同様である。
【００３０】
図８に、図７の駆動装置１の電気機械変換素子４と固定体５を駆動軸２から抜き出した様子を示す。固定体５を構成する２つの導体１２の上側の端面には、それぞれ電気機械変換素子４の電極８の一方が接し、且つ、一方の導体１２に両方の電極８が接することがないように、固定体５と電気機械変換素子４とが非導電性接着剤７で接着されている。そして、非導電性接着剤７に覆われていない導体１２の上端面と電極８の表面下部とを接続するようにハンダ１０が盛り付けられている。導体１２の下端に設けられた凹部１２ａにはフレキシブル基板９が接続されており、フレキシブル基板９と電気機械変換素子４の電極８とは、導体１２およびハンダ１０を介して電気的に接続されている。つまり、導体１２およびハンダ１０は、電極８への電気的配線の一部を構成している。
【００３１】
以上の構成からなる駆動装置１は、固定体５に貫通孔５ａを設ける必要がなく、フレキシブル基板９が小さな貫通孔５ａを貫通する必要もないので製作が容易である。また、フレキシブル基板９を折り曲げる必要がなく、駆動装置１の動作による振動で固定体５と擦れ合う危険も少ないのでフレキシブル基板９の損傷のおそれがない。また、凹部１２ａを設けたことで、フレキシブル基板９を導体１２へ接続するためのハンダ１０が、固定体５の端面からはみ出したり、固定体５の円筒面を這い上がって駆動軸２と干渉する危険を回避している。
【００３２】
また、図９に示す第７実施形態の駆動装置１のように、固定体５をＭＩＤ（Molded Interconnect Device）として構成してもよい。つまり、図１０に示すように、電極８への配線は、帯状の金属箔などからなる表面回路１４であり、表面回路１４は、絶縁体からなる可塑性材料を射出成形して固定体５を形成する際に金型の内部に金属箔を配することで固定体５の表面に埋め込まれる。また、本実施形態では、表面回路１４の電気機械変換素子４と反対側の端部は、固定体５の端面および側面に開放するように設けた凹部５ｂに配置されており、フレキシブル基板９が表面回路１４に凹部５ｂ内でハンダ１０によって接続されている。
【００３３】
また、図１１に示す第８実施形態の駆動装置１のように、駆動軸２の壁部３を、２つの導体１５と、導体１５に挟まれて両者を絶縁する絶縁体１６とで構成し、それぞれの導体１５を電気機械変換素子４の２つの電極への配線の一部とするように、フレキシブル基板９と導体１５と、並びに、導体１５と電極８とをハンダ１０で接続してもよい。また、壁部３が駆動軸２と共にセラミックス材料などで一体成形される場合は、図１２に示す第９実施形態のように、壁部３に設けた２つの貫通孔１７の内面をメタライズして、壁部３を貫通する円筒形の金属層１８を形成し、この金属層１８をそれぞれ電気機械変換素子４の両電極８への配線の一部としてもよい。
【００３４】
また、図１３に示す第１０実施形態の駆動装置１のように、固定体５および壁部３をそれぞれ１つの導体で構成し、固定体５および壁部３がそれぞれ電気機械変換素子４の両電極８への配線の一部となるような構成とすることもできる。この実施形態においても、固定体５へのフレキシブル基板９の接続は、固定体５の端面外周に設けた凹部５ｂ内でハンダ１０による接続が行われている。
【００３５】
さらに、図１４に示す第１１実施形態の駆動装置１のように、電気機械変換素子４の両電極８が、円筒面ではなく、壁部３または固定体５に固着される両側の端面に設けられている場合、電気機械変換素子４と壁部３および固定体５との接続を導電性接着剤１８で行うことで、電気機械変換素子４と壁部３および固定体５とのハンダ付けを省略することが可能である。
【００３６】
第１から第１１実施形態において、非導電接着剤７、ハンダ１０および導電性接着剤１８を用いて各構成要素を機械的または電気的に接続しているが、導通或いは絶縁の目的を損なわない範囲で任意の接続方法が選択できる。例えば、壁部３は、駆動軸２を外側からかしめることでも接続可能である。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】本発明の第１実施形態の駆動装置の断面図。
【図２】本発明の第２実施形態の駆動装置の断面図。
【図３】図１および図２の駆動装置の固定体および電気機械変換素子の斜視図。
【図４】本発明の第３実施形態の駆動装置の断面図。
【図５】本発明の第４実施形態の駆動装置の断面図。
【図６】本発明の第５実施形態の駆動装置の断面図。
【図７】本発明の第６実施形態の駆動装置の断面図。
【図８】図７の駆動装置の固定体および電気機械変換素子の斜視図。
【図９】本発明の第７実施形態の駆動装置の断面図。
【図１０】図９の駆動装置の固定体および電気機械変換素子の斜視図。
【図１１】本発明の第８実施形態の駆動装置の断面図。
【図１２】本発明の第９実施形態の駆動装置の断面図。
【図１３】本発明の第１０実施形態の駆動装置の断面図。
【図１４】本発明の第１１実施形態の駆動装置の断面図。
【図１５】公知の駆動装置の断面図。
【符号の説明】
【００３８】
１  駆動装置
２  駆動軸
３  壁部
４  電気機械変換素子
５  固定体
６  移動体
８  電極
９  フレキシブル基板（配線）
１１  銅線（配線）
１２  導体
１３  絶縁体
１４  表面回路（導体）
１５  導体
１６  絶縁体
１８  金属層（導体）
【図１】
2006141171.tif 000003
【図２】
2006141171.tif 000004
【図３】
2006141171.tif 000005
【図４】
2006141171.tif 000006
【図５】
2006141171.tif 000007
【図６】
2006141171.tif 000008
【図７】
2006141171.tif 000009
【図８】
2006141171.tif 000010
【図９】
2006141171.tif 000011
【図１０】
2006141171.tif 000012
【図１１】
2006141171.tif 000013
【図１２】
2006141171.tif 000014
【図１３】
2006141171.tif 000015
【図１４】
2006141171.tif 000016
【図１５】
2006141171.tif 000017